Processamento do WPC Técnicas, Vantagens e Desvantagens. ENG. ESP. CLAUDIO R. PASSATORE, MSc.

Transcrição

1 Processamento do WPC Técnicas, Vantagens e Desvantagens ENG. ESP. CLAUDIO R. PASSATORE, MSc.

2 ENG. ESP. CLAUDIO R. PASSATORE, MSc. Formação: Mestre em Nanociências e Materiais Avançados - UFABC Especialista em Gestão em Serviços Poli-USP Vanzolini Eng. Químico Faculdades Oswaldo Cruz Experiência Profissional: M.H. Indústria de Máquinas e Equipamentos Especiais Gerente Comercial Faculdades Oswaldo Cruz Professor Coordenador do Curso de Eng. de Produção Química 2

3 3 Fundada em 1961, a MH Equipamentos surgiu para atender à crescente industrialização da região, com a produção de equipamentos para mistura de vários materiais, com o objetivo de atender a necessidade dos Clientes, sempre provendo soluções adequadas e econômicas.

4 4 Processamento de Polímeros

5 Nos últimos 20 anos estão sendo desenvolvidos, na comunidade científica e na indústria: Novos materiais poliméricos. Blendas poliméricas de polímeros diversos, sendo as vezes, materiais reciclados. Compósitos reforçados com fibras naturais e minerais em busca de melhores propriedades aos tradicionais commodities. 5

6 Nos últimos 20 anos estão sendo desenvolvidos, na comunidade científica e na indústria: Novos materiais poliméricos. Blendas poliméricas de polímeros diversos, sendo as vezes, materiais reciclados. Compósitos reforçados com fibras naturais e minerais em busca de melhores propriedades aos tradicionais commodities. Aplicações: Áreas Aeronaval, Petroquímica, Automobilística, Construção Civil entre outros. 6

7 Blenda Polimérica - mistura física de dois ou mais polímeros, sem reação química intencional entre os componentes. A interação molecular entre as cadeias poliméricas é predominantemente do tipo secundária (intermolecular). Uma blenda pode ser miscível ou imiscível, dependendo das características termodinâmicas de seus componentes, compatibilizada ou não, dependendo do interesse tecnológico. 7

8 Compósitos são multifásicos e podem ser constituídos por apenas duas fases, uma denominada matriz, a qual é contínua e envolve a outra fase, chamada de fase dispersa ou carga. As propriedades obtidas, principalmente as de adesão na interface, são função das fases constituintes, de suas quantidades relativas e da geometria da fase dispersa, isto é, sua forma, tamanho, distribuição e orientação dessas partículas. 8

9 9 WPC = Compósito

10 10 Compósitos WPC

11 11 Compósitos WPC

12 12 Compósitos WPC

13 Diversas técnicas de processamento

14 14 Aplicações de compósitos WPC

15 Técnicas de processamento Continuous Mixer Extrusoras Mono Rosca Calandra Misturador Termocinético ou Drais Misturadores Verticais Dupla Rosca Co-Rotante Compressão 15

16 Parâmetros que interferem na escolha da Técnica de Processamento mais adequada: Matriz Polimérica Fusibilidade: Termoplástico ou Termofixo Granulometria: Pó ou Grão ou Flake 16

17 Parâmetros que interferem na escolha da Técnica de Processamento mais adequada: Fibra Teor de Umidade: Variável de Região para Região Composição Físico Química: Teor de Celulose e Lignina Tamanho Inicial: Fibra Curta ou Longa Tamanho Final Desejado: Fibra Curta ou Longa (Compósito) 17

18 Parâmetros que interferem na escolha da Técnica de Processamento mais adequada: Compósito Obtido Teor de fibra que deseja no seu produto final Formato final: Perfil ou Grão Tamanho Final Desejado da Fibra: Fibra Curta ou Longa (Compósito) Aplicação Final: Propriedades Finais 18

19 Variáveis: Escolha da fibra Aplicação Compósito Ambiente Produção mês Características da fibra Escolha matriz Equipamento a utilizar Propriedades desejadas 19

20 Variáveis: Escolha da fibra Aplicação Compósito Ambiente Produção mês Características da fibra Investimento Escolha matriz Equipamento a utilizar Propriedades desejadas 20

21 21 É Possível Processar WPC?

22 É Possível Processar WPC? Sim 22

23 Técnicas de processamento Extrusoras Mono Rosca Dupla Rosca Misturador Termocinético Ou Drais Mais tradicionais para WPC Fotos meramente ilustrativas 23

24 Técnicas de processamento Vantagem Baixo custo de aquisição Baixo custo de manutenção Várias granulometrias na matriz polimérica Vários comprimentos de fibras Pode ser usada para etapas de transformação final: perfil, flat die, etc. Diversas capacidades de produção hora Não necessita pré tratamento das fibras Extrusoras Mono Rosca Desvantagem Incorporação de baixos teores abaixo de 20% para compósitos Necessidade de secagem da fibra Compósitos com pouca compatibilidade Baixas propriedades mecânicas do compósito 24

25 Técnicas de processamento Vantagem Pode tanto preparar compósitos em grão ou gerar formas finais Diversas capacidades de produção hora Incorporação de teores até 40% para compósitos Incorporação de teores até 70% para perfis (atenção a configuração) Boas propriedades mecânicas no compósito Dupla Rosca Desvantagem Recomendável pré tratamento das fibras Não opera bem com material em forma de flake (atenção a granulometria da matriz polimérica) Necessidade de secagem da fibra Alto custo de aquisição Alto custo de manutenção Granulometrias controladas na matriz: grão e pó somente Comprimentos de fibras limitados: pó e curto 25

26 Técnicas de processamento Misturador Termocinético ou Drais Vantagem Baixo custo de manutenção Várias granulometrias na matriz polimérica Vários comprimentos de fibras Pode ser usada para etapas de transformação final: perfil, flat die Incorporação de teores até 60% para compósitos Incorporação de teores até 70% para perfis Não necessita de pré secagem das fibras Não necessita pré tratamento das fibras Boas propriedades mecânicas no compósito Alto custo de aquisição Desvantagem Opera com diferentes unidades integradas Opera por batelada Limitação quanto a produção hora 150 ou 450 kg/h 26

27 Misturador Termocinético Escolha da fibra Escolha da fibra Vantagem Produção mês Escolha matriz Características da fibra Investimento Aplicação Compósito Propriedades desejadas Equipamento a utilizar Baixo custo de manutenção Várias granulometrias na matriz polimérica Vários comprimentos de fibras Pode ser usada para etapas de transformação final: perfil, flat die Incorporação de teores até 60% para compósitos Incorporação de teores até 70% para perfis Não necessita de pré secagem das fibras Não necessita pré tratamento das fibras Boas propriedades mecânicas no compósito 27

28 28 Exemplo: Compósitos WPC em Misturador Termocinético

29 Importante Definir Compósito Obtido Fornecedor da Fibra e suas Propriedades Físico Química (Celulose, Lignina, Umidade, Forma e Comprimento) Qual matriz utilizar (geralmente PP ou PE) e a aplicação (definição do grade) Necessidade de Produção Hora 29

30 Aditivação do WPC Outras marcas aditivos: Parabor e Eastman 30

31 Aditivação do WPC (básica) Recomendação de formulação: 0,2 a 0,5% de estearato de cálcio 0,10 a 0,15% de antioxidante térmico 2 a 4% de lubrificante 3 a 7% de compatibilizante 31

32 Compatibilização - WPC 32

33 Fibra in natura Moagem das fibras Pesagem das formulações 33

34 Fibra in natura Moagem das fibras Pesagem das formulações Processamento dos compósitos Remoção da umidade durante o processamento Alimentação direta de todos os componentes 34

35 35

36 Fibra in natura Moagem das fibras Pesagem das formulações Moagem Processamento dos compósitos Transformação ou 36

37 37 Ensaios Mecânicos: Módulo de Young

38 38 Ensaios Mecânicos: Módulo de Young

39 Ensaios Mecânicos: Módulo de Young Altos teores Crescente maior rigidez 39

40 Ensaios Mecânicos: Módulo de Young Comportamento similar ou superior ao CaCO 3 em todos os teores 40

41 41

42 Sisal Cambara Piaçava Coco Ordem Crescente Sisal Cambara Piaçava Coco Celulose - Aumenta a adesão da fibra com a matriz polimérica 42

43 Piaçava Coco Cambara Sisal Ordem Decrescente Sisal Cambara Piaçava Coco Lignina, geralmente, reduz a adesão na interface 43

44 Homogeneizador Misturador Termocinético Drais

45 Homogeneizadores de Laboratório e Produção Mais rápido método para preparação de masterbatch, compósitos, blendas e WPC. Total repetibilidade do processo entre laboratório e produção. Ideal para atender a demandas de pequenos e médios lotes de produção. 45

46 Consiste num misturador horizontal, sem fonte de aquecimento, com sistema de refrigeração e câmera cilindrica de mistura e eixo com pás estacionárias de alta rotação (acima de 5000 rpm). Câmara de Mistura Homogeneizador de Laboratório 50 ml. 46

47 Processa materiais com diferentes tamanhos e formas (flakes, reciclados, grãos, serragem, peletes, pós, líquidos, etc.). Preciso sistema de controle da temperatura de processamento (Infra vermelho). Remoção da umidade durante o processamento. Alto controle do tempo de residência do material (previne a degradação térmica). Ideal para incorporação de altas concentrações de cargas (70% m/m). 47

48 Etapas do processamento: Moagem das partículas Choque entre os materiais, as pás do eixo e a camisa de mistura Nuvem de partículas micrométricas ou até nanométricas (aglomeração) Alta turbulência e choque das partículas Plastificação ou fusão 48

49 Outras Vantagens: Ótima Dispersão da Mistura (ideal para masterbatch, compósitos e blendas). Pode operar individualmente ou integrado a outros equipamentos, tais como: Dosadores, Extrusoras, Prensas e Calandras. Econômica: Eletricamente: Não requer fonte externa de calor. Manutenção: Baixo custo de manutenção. Set up: Rápido e com pouco gasto de material de limpeza. Processamento rápido: entre 20 e 90s (em média 60s). 49

50 Modelos Homogeneizadores Homogeneizador de Laboratório 50, 100 ml. Pequenos Lotes (MH-1000) 1 Litro Produção (MH-5000) 5 Litros 50

51 Mais rápido método para preparação de amostras e desenvolvimento de formulações (50 a 150 gramas). Pouco gasto de matérias primas (resinas e aditivos). Norma NR12 Laboratório: MH-50h e MH-100 Diversos acessórios de controle (ideais para desenvolvimento de compósitos e blendas): Variação da velocidade. Sistema de controle da temperatura de massa. Sistema de exaustão de voláteis da amostra. Capacidade por carga: 50 e 100 ml. 51

52 Ideal para desenvolvimento de amostras ou pequenos lotes entre 2 e 25 kg. Total repetibilidade do processo entre laboratório e produção. Possui todos os acessórios já mencionados. Norma NR12 Pequenos lotes: MH-1000 Rápido setup, com possibilidade de troca do eixo ou rápida modificação do sistema de pás do eixo. Capacidade por carga: 1 Litro. 52

53 Equipamento de produção (150 a 200 kg/h). Pode operar individualmente ou integrado a outros equipamentos, tais como: Extrusoras, Prensas e Calandras. Norma NR12 Produção: MH-5000 Possui todos os acessórios já mencionados. Capacidade por carga: 5 Litros 53

54 Bibliografia Passatore C. R., Leão A. L., Carvalho C. L. e Rosa D. S. *. Compósitos de polipropileno com reforço de fibras vegetais tipo cambará, coco, sisal e piaçava. Dissertação Universidade Federal do ABC, São Paulo, Brasil, Passatore C. R., Leão A. L., Carvalho C. L. e Rosa D. S. *. Estabilidade térmica de compósitos de polipropileno com fibras de cambará, coco, sisal e piaçava. 12 Congresso Brasileiro de Polímeros 2013 (CBPol), Florianópolis, SC, Brasil, Passatore, C. R.; Leão, A. L. and Rosa, D. S.*. Evaluation of polypropylene composites containing different levels of sisal and cambara wood fiber. 12th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials (ICFPAM), Auckland, New Zealand, Passatore, C. R. e Rosa, D. S.*. Obtenção de compósitos poliméricos com altos teores de fibras de madeira cambará (in natura sem tratamento das fibras). VII Feira e Congresso Plastshow 2014, São Paulo, SP, Brasil, Passatore, C. R.; Leão, A. L. and Rosa, D. S.*. Evaluation of polypropylene composites containing different levels of sisal and cambara wood fiber. Molecular Crystals and Liquid Crystals,

55 ENG. ESP. CLAUDIO R. PASSATORE, MSc

56 Conheça nossa linha completa para mistura! Entre em contato conosco!